Deoarece undele electromagnetice sunt principala sursă de informații în astronomie, telescoapele și detectoarele joacă un rol important atunci când vine vorba de colectarea și analizarea acestor unde. Telescoapele mai mari colectează mai multă lumină, permițând astronomilor să identifice și să analizeze obiecte greu observabile. De asemenea, telescoapele mai mari au o putere de rezoluție mai mare, permițând astronomilor să studieze detalii fine ale obiectelor țintă. În timp ce observațiile astronomice timpurii au fost efectuate privind direct printr-un telescop, detectoarele de astăzi le permit astronomilor să-și documenteze observațiile în mod obiectiv, la diferite lungimi de undă.
Prin conectarea mai multor telescoape, astronomii le pot face să funcționeze ca un singur mare telescop, folosind o tehnică numită interferometrie. Rezoluția instrumentelor combinate va fi aceea a unui singur telescop cu un diametru egal cu cea mai mare distanță dintre oricare două telescoape mai mici conectate. Acest lucru permite astronomilor să vadă detalii mai mici și mai fine la obiectele astronomice, precum și să distingă obiecte separate, cum ar fi o stea și sistemul său planetar.
Atmosfera Pământului absoarbe radiația din cea mai mare parte a spectrului electromagnetic. Este transparentă pentru radiația vizibilă, pentru câteva radiații din domeniul ultraviolet, infraroșu și pentru undele radio scurte, dar în rest, în mare parte, este opacă. Cele mai multe radiații din domeniul ultraviolet și o mare parte din radiația infraroșie, precum și razele X, nu pot pătrunde în atmosferă. Din acest motiv, majoritatea telescoapelor care colectează acest tip de radiații trebuie plasate în spațiu. Deși lumina vizibilă poate fi observată de la suprafață, turbulența atmosferei Pământului afectează calitatea imaginilor, așa că unele telescoape optice sunt plasate și în spațiu.
Puține locații de pe Pământ oferă condițiile de observații ideale, asociate cu altitudini mari, absența poluării luminoase și transparența atmosferei pentru anumite lungimi de undă ale radiațiilor. Aceste locații pot fi adesea ostile, greu accesibile și sunt de obicei departe de marile așezările umane. Pentru realizarea observațiilor, astronomii fie călătoresc în acele locații, fie permit operatorilor de telescop locali experimentați să le efectueze pentru ei, fie folosesc telescoape robotizate, care sunt operate de la distanță.
Studiile astronomice au început să producă cantități mari de date, iar acestea vor crește cu multe ordine de mărime în următorii ani. Această evoluție se numește „Astronomie Big Data”, unde se pune accent pe identificarea unor noi modalități de a stoca, livra și analiza aceste date. Astfel, s-a ajuns la dezvoltarea diverselor proiecte civile de știință, care să valorifice abilitatea oamenilor de a identifica modele/forme. Pe de altă parte, telescoapele și instrumentele moderne sunt scumpe, iar construcția lor necesită o varietate de abilități tehnice. În această eră a „Marii Științe”, acestea sunt în mod obișnuit construite de organizații internaționale sau consorții care implică numeroase institute astronomice din diferite țări.
Procesarea unor cantități mari de date rezultate atât din simulări, cât și din observații, necesită calculatoare capabile să efectueze simulări complexe într-un timp scurt. Supercalculatoarele actuale pot efectua calcule de ordinul a câteva sute de cvadrilioane în fiecare secundă. Aceste supercalculatoare le permit astronomilor să creeze universurilor virtuale și să le compare cu observațiile din studiile realizate la scară largă.
Datele disponibile de la majoritatea observatoarelor profesionale sunt disponibile publicului. Pe parcursul carierei lor, astronomii vor lucra de obicei în diferite țări. Proiectele astronomice mari, de la construirea de telescoape și instrumente până la coordonarea campaniilor de observare, sunt întreprinse frecvent, în colaborare, între cercetători și institute din diferite țări. Astronomia este universală și internațională. Cu toții suntem membri ai echipajului „Navei spațiale Pământ”, sub un singur cer, explorând cosmosul.
Pentru a explora și învăța mai multe despre locul nostru în Univers, am trimis sonde robotizate în întreg sistemul solar. Unele dintre aceste sonde orbitează planete, sateliți planetari sau chiar asteroizi, în timp ce altele au aterizat pe astfel de obiecte. Printre cele câteva locuri din Sistemul Solar pe care sondele robotizate fie au aterizat fie le-au survolat sau orbitat se numără toate planetele acestuia, planetele pitice Pluto și Ceres, Luna noastră, precum și alți sateliți planetari, cum ar fi cei ai lui Jupiter și Saturn, comete și asteroizi.
